L’énergie stockée

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Fiches
Classe(s) : Tle STI2D | Thème(s) : L’énergie chimique

A La quantité d’électricité disponible Q

Une pile transfère de l’énergie électrique à l’appareil qu’elle alimente en consommant des réactifs chimiques. La quantité d’électricité disponible Q peut être déterminée à partir de la quantité de matière de réactif limitant et de la quantité d’électricité qui va circuler.

La constante de Faraday (F) est la charge portée par une mole de charge élémentaire :

1 F = 9,65 × 104 C.mol1.

La charge électrique Q est liée à la quantité d’électrons ayant circulé dans le circuit électrique.

Image dont le contenu est 	Q : charge en coulomb (C)Q = ne × F	ne : quantité d’électrons ayant circulé en mole (mol)	F : constante de Faraday en coulomb par mol (C.mol−1); Fin de l'image

Le lien entre les quantités de charge débitées par la pile et les quantités de réactifs consommées est établi grâce aux demi-réactions : si une pile consomme des ions cuivre II et les transforme en cuivre métallique, on a Cu2+(aq) + 2e = Cu(s). Il faut alors deux fois plus d’électrons que d’ions cuivre. Ainsi ne- = 2 nCu2+.

Exemple

On dispose d’une pile pour laquelle l’ion cuivre (II) serait le réactif limitant avec une quantité initiale nCu2+ = 0,020 mol. Cette pile peut donc mettre en jeu une quantité d’électrons ne = 2 nCu2+ = 0,040 mol. La capacité théorique est donc Q = ne × F = 0,040 × 96 500 = 3,9 × 103 C.

La quantité d’électricité disponible Q peut également être indiquée par le constructeur sous la forme d’une valeur théorique sur la pile ou l’accumulateur (pour un accumulateur complètement chargé pendant un cycle complet de décharge ou pour une pile neuve) en A.h ou en mA.h. 1,0 A.h est bien à une charge électrique Q = I.Δt = 1,0 × 3 600 = 3 600 C.

B L’énergie disponible E

L’énergie disponible E est l’énergie stockée sous forme chimique dans la pile ou dans l’accumulateur (ou la batterie d’accumulateur). Elle est égale à sa charge électrique Q multipliée par la tension moyenne U sous laquelle cette charge est déchargée :

= Q × U.

L’énergie stockée se mesure en général en watt.heure (W.h), bien que l’unité officielle soit le joule (J).

Il est possible d’associer plusieurs accumulateurs en série afin d’augmenter la tension aux bornes de l’ensemble. En associant 6 accumulateurs au plomb en série, ayant chacun une tension de 2,25 V, on obtient une batterie ayant une tension de 13,5 V.

REmarque

Un watt.heure correspond à une puissance P = 1,0 W fonctionnant pendant une durée Δt = 1 h = 3 600 s. Ceci correspond à une énergie E = P × Δt = 1,0 × 3 600 = 3 600 J = 3,6 kJ.

De même, un kilowatt.heure correspond à une énergie E = 1,0 kW.h = 1,0 × 103 × 3 600 = 3 600 × 103 J = 3,6 MJ.